Caracterización De Celdas Peltier Para Acondicionamiento Del Aire .
1Revista de Ingeniería TecnológicaArtículoJunio, 2019 Vol.3 No.10 1-5Caracterización de Celdas Peltier para Acondicionamiento del AirePeltier Cells for Air Conditioning CharacterizationBENITEZ-VILLASANA, Salvador†*, HERNÁNDEZ-SÁNCHEZ, Ramón y GARCÍA-CASTAÑEDACarlos ArturoUniversidad Tecnológica de la Costa Grande de GuerreroID 1er Autor: Salvador, Benitez-Villasana / ORC ID: 0000-0003-3040-595X, Researcher ID Thomson: I-2654-2018, CVUCONACYT ID: 296179ID 1er Coautor: Ramón, Hernández-Sánchez / ORC ID: 0000-0001-5770-1949, Researcher ID Thomson: I-4929-2018, CVUCONACYT ID: 264397ID 2do Coautor: Carlos Arturo, García-Castañeda / ORC ID: 0000-0001-7619-6108, Researcher ID Thomson: I-65172018, CVU CONACYT ID: 596954DOI: 10.35429/JTEN.2019.10.3.1.5Recibido 03 de Marzo, 2019; Aceptado 30 Junio, 2019ResumenAbstractEl presente trabajo busca responder a interrogantes quesurgen de la necesidad de encontrar un sistema deacondicionamiento de aire, de bajo costo, y adecuado paraespacios pequeños, sin dejar por un lado la eficiencia delmismo. Bajo este esquema y mediante el análisis de lossistemas de enfriamiento utilizados actualmente,encontramos que las celdas Peltier, a pesar de ser unfenómeno descubierto hace ya varios años, no existenestudios concretos que manifiesten la eficiencia real de lasceldas, ni análisis que se adecuen a nuestras necesidadesde estudio. En el presente trabajo se pueden observar losresultados de enfriamiento obtenidos con iento de aire. Además, se incluye elcomportamiento de los valores de corriente y voltajeaplicados en el proceso. Con objeto de obtener y guardarlos valores con una mayor precisión en los muestreos ycalidad en la presentación, se utilizó un instrumento virtualpara la adquisición y procesamiento de datos, mediante eluso del Software de LabVIEW y tarjetas DAQ. Losresultados, dejan de manifiesto el área de oportunidad enel uso de las Celdas Peltier, con objeto de encontrar nuevasaplicaciones a esta tecnología.The present work seeks to answer some questions aboutthe need to find a low operation cost air conditioningsystem adapted for small spaces, considering theefficiency. Under this scheme and by analysing thesystems currently used, we find the Peltier cells; in spiteof being a phenomenon discovered already several yearsago, there exist neither concrete studies that demonstratethe real efficiency of the cells, or analysis that adequate toour needs. In addition, the cooling results obtained due thePeltier cells implementation as an air conditioning systemcan be observed. Also it is included the behavior of theapplied values of current and voltage in the process. Inorder to obtain and save the values with a major precisionand quality in the presentation of the samplings, a virtualinstrument was used for the acquisition and processing theinformation using LabVIEW Software and DAQ cards.The results show the opportunity areas for using the PeltierCells in order to find new applications to this technologyCeldas Peltier, Termo celdas, Efecto SeebeekPeltier cells, thermo cells, Seebeek effectCitación: BENITEZ-VILLASANA, Salvador, HERNÁNDEZ-SÁNCHEZ, Ramón y GARCÍA-CASTAÑEDA CarlosArturo. Caracterización de Celdas Peltier para Acondicionamiento del Aire. Revista de Ingeniería Tecnológica. 2019. 3-10:1-5* Correspondencia del Autor (s benitez@utcgg.edu.mx)† Investigador contribuyendo como primer autor. ECORFAN- Taiwanwww.ecorfan.org/taiwan
2ArtículoRevista de Ingeniería TecnológicaJunio, 2019 Vol.3 No.10 1-5IntroducciónActualmente el principio más utilizado en laindustria del aire acondicionado es el cicloinverso de Carnot, la implementación delprincipio de Peltier para equipos de aireacondicionado, requiere horas de investigación,pruebas y mejoras en los prototipos, sinembargo; las ventajas inherentes del procesoenmarcan a las celdas Peltier de una formaatractiva para su aplicación, por ejemplo:––Equipo de menor dimensionamientoUn notorio ahorro de energía encomparaciónconlossistemasconvencionales.Los avances en el mundo de nuevossistemas, están orillando cada vez más ainstituciones educativas a incursionas enproyectos de investigación que inicien porinteresar a los estudiantes en la investigación, yterminar por sumergirlos en proyectos concretos,incluso de su misma iniciativa.Metodología a desarrollarSe construyó un canal de ventilación de tiroforzado, que permita desalojar el aire a unatemperatura menor que la del ambiente. En lafigura 1, se observa el arreglo del módulo y lasconexiones necesarias, consta das Peltier TEC112710 de 89W 40 x40 mm.Disipadores de calor con ventilador.Ventilador para disipador de calor deCPU.Cartón, para el armado del túnel deventilación;Fuente de poder 127 V CA 12 V CD,14 A.Equipo de cómputo y softwareLabVIEW 2015.Multímetro digital;Anemómetro digital.Sensores de temperatura RTD PT100,Escala de -10 C a 250 CTarjeta de Adquisición de Datos paraTemperatura DAQ 9219 de NationalInstrument.ISSN 2523-6776ECORFAN Todos los derechos reservadosFigura 1 Modulo completo de acondicionamiento de aireen túnel de ventilación. (Benítez, S. (2019). Prototipo[Imagen] Recuperado de Fuente propia.)La ubicación de los sensores detemperatura se hizo colocando el primero en laentrada de aire, para censar la temperatura delaire ambiente y el segundo a la salida del aire,una vez que el aire pasó por los disipadores debaja temperatura, se cuidó en todo momento queel tiro del aire frío, estuviese aislada de la parteexterna (ambiente), que es hacia donde se disipala alta temperatura de las celdas Peltier.Paralelo a esto, se trabajó en larealización del programa en LabVIEW, figura 2,así como en la configuración de la Tarjeta deAdquisición de Datos para Temperatura DAQ9219 y la elección del tipo de gráfico yfrecuencia de muestreo de las temperaturas,figura 3.Figura 2 Programa utilizado para la adquisición de datosen LabVIEW. (Benítez, S. (2019). Prototipo [Imagen].Recuperado de Fuente propia.)BENITEZ-VILLASANA, Salvador, HERNÁNDEZ-SÁNCHEZ,Ramón y GARCÍA-CASTAÑEDA Carlos Arturo. Caracterizaciónde Celdas Peltier para Acondicionamiento del Aire. Revista deIngeniería Tecnológica. 2019
3ArtículoRevista de Ingeniería TecnológicaJunio, 2019 Vol.3 No.10 1-5Esto nos llevó a concluir que al tener unárea de sección transversal muy grande en laparte de los disipadores, gran parte del airepasaba por un lado de los disipadores, dandocomo resultado una caída en la eficiencia deenfriamiento.Dado lo anterior se decidió por cambiarla geometría del túnel, buscando incrementar laeficiencia de enfriamiento, el nuevo diseñodebería buscar concentrar todo el aire de entradasobre los intercambiadores de calor.Figura 3 Panel frontal del programa realizado para laadquisición de datos. (Benítez, S. (2019). Prototipo[Imagen]. Recuperado de Fuente propia.)El programa realizado en LabVIEW, sediseñó con velocidad de muestro deaproximadamente 500ms. Esto con el propósitode obtener los valores de temperatura de maneraprecisa, de igual manera toda la informaciónrecabada por el programa fue almacenadadirectamente en un archivo de Excel, lo quefacilito su análisis.Figura 4 Gráfico de resultados obtenidos en el primerarreglo. (Benítez, S. (2019). Prototipo [Imagen].Recuperado de Fuente propia.)Podemos observar que los valoresproporcionados en la figura 4, corresponden adecrementos de temperatura de un gradocentígrado, lo cual en primera instancia nosatisface los objetivos buscados, por lo que serealizó un análisis minucioso de la geometría delarreglo, con lo cual pudimos percatarnos dealgunos aspectos relevantes para optimizar elproceso de enfriamiento del aire. Uno de losfactores que se observo fue que al bloqueartemporalmente la salida del túnel, se observó undecremento significativo en la temperatura, locual puede observarse a partir del minuto 49, enla figura 4.ISSN 2523-6776ECORFAN Todos los derechos reservadosFigura 5 Propuesta de mejora a túnel de viento. (Benítez,S. (2019). Prototipo [Imagen]. Recuperado de Fuentepropia.)Puede apreciarse en la Figura 5, elsegundo diseño realizado, el cual al tener unsección más estrecha en el área de losdisipadores de calor se logra forzar el paso delaire a través de las aletas de los disipadores,obteniendo como resultado un incrementoconsiderable en el proceso de enfriamiento, cabemencionar que al reducir únicamente la seccióncentral se mantiene el mismo flujo de aire que enla geometría anterior, pero con un efecto deintercambio de calor más eficiente.En la tabla 1, se pueden apreciar losparámetros tomados durante las muestra loscuales nos muestran la velocidad promedio delviento así como, el voltaje y la corriente medidaen las terminales de la celda Peltier, también sepuede apreciar en los anexos la tablacorrespondiente a los datos leídos por elprograma en LabVIEW, cabe mencionar quesolo se aprecian parte de los datos por cuestionesde espacio en el documento.BENITEZ-VILLASANA, Salvador, HERNÁNDEZ-SÁNCHEZ,Ramón y GARCÍA-CASTAÑEDA Carlos Arturo. Caracterizaciónde Celdas Peltier para Acondicionamiento del Aire. Revista deIngeniería Tecnológica. 2019
4Revista de Ingeniería TecnológicaArtículoJunio, 2019 Vol.3 No.10 1-5Velocidad0.8m/s 26.2 C0.8m/s 25.3 C0.7m/s 22.6 C0.7m/s 21.2 CVoltsde laCelda10.23V10.25V10.29V10.34VAmp. Dela CeldaAmp. Dela abla 1 Datos de pruebas. (Benítez, S. (2019). Prototipo[Tabla]. Recuperado de Fuente urasTemp. de Entrada vs Temp. SalidaNúmero de muestrasTemp. EntradaAnexosTemp. SalidaFigura 6 Resultados obtenidos con la segunda geometría.(Benítez, S. (2019). Prototipo [Imagen]. Recuperado deFuente propia.)Se aprecia en la figura 6. Cambiosconsiderables en el descenso de la temperatura,podemos observar un decremento en latemperatura de alrededor de 6.5ºC, los cualresulta satisfactorio para nuestra investigación,debido a que esto pone en manifiesto el altogrado de desempeño de las Celdas Peltier, lo quenos motiva a dar continuidad a nuestrainvestigación en el área de aplicación de lasCeldas 05 p. m.12:23:15 p. m.12:24:25 p. m.12:24:35 p. m.12:24:45 p. m.12:24:55 p. m.12:25:05 p. m.12:25:15 p. m.12:25:25 p. m.12:25:35 p. m.12:25:45 p. m.12:25:55 p. m.12:27:15 p. m.12:27:25 p. m.12:30:15 p. m.12:35:55 p. m.12:36:05 p. m.12:36:15 p. m.12:36:25 p. m.12:37:35 p. m.12:37:45 p. m.12:37:55 p. m.12:38:45 p. m.12:38:55 p. m.12:39:05 p. m.12:39:55 p. m.12:40:15 p. m.12:40:25 p. m.12:40:35 p. m.12:40:45 p. m.12:40:55 p. m.12:41:05 p. m.12:41:15 p. m.12:41:45 p. m.12:42:05 p. m.12:42:15 p. m.12:42:25 p. m.12:44:15 p. .456.436.446.456.44Tabla 2 Datos registrados por el programa realizado en elsoftware LabVIEW. (Benítez, S. (2019). Prototipo[Imagen]. Recuperado de Fuente propia.)AgradecimientoA las personas que de forma directa e indirectaaportaron a esta investigación, ya que desarrollarinvestigación con tan pocos recursos resultacomplicado, sin embargo la aportación ypréstamo de equipo fue primordial para nto a nuestra institución educativa,la UTCGG, por brindarnos los recursos y elespacio para que esto fuera posible.ConclusionesLos resultados obtenidos en esta investigaciónmuestran importantes oportunidades deaplicación de las celdas Peltier para elacondicionamiento de aire, resaltando que paralograr una mejor eficiencia se requiere tener encuenta los siguientes aspectos:ISSN 2523-6776ECORFAN Todos los derechos reservadosBENITEZ-VILLASANA, Salvador, HERNÁNDEZ-SÁNCHEZ,Ramón y GARCÍA-CASTAÑEDA Carlos Arturo. Caracterizaciónde Celdas Peltier para Acondicionamiento del Aire. Revista deIngeniería Tecnológica. 2019
5ArtículoRevista de Ingeniería TecnológicaJunio, 2019 Vol.3 No.10 1-5–––Selección de la geometría adecuada.Selección apropiada de los disipadores.Utilizar pasta térmica de buena calidadpara el acoplamiento de las celdas a losdisipadores.S. Kasap, “Thermoelectric Effect in Materials:Thermocouples”, Departament of electricalengineering, University of lectric-Seebeck.pdfCabe mencionar que los logros obtenidosen esta investigación no pretenden ser unresultado final, ya que se tiene el interés en darcontinuidad al siguiente trabajo, mediante laimplementación de las Celdas Peltier, en elenfriamiento de cabina de autos pequeños.W. Blancarte, “Instrumentación para el controlde procesos industriales:Efecto Peltier”, ITESO,Guadalajara, México, Sept. 2001. instru/peltier.docReferenciasB. Mihura, LabVIEW for data acquisition.Upper Saddle River, New Jersey. Prentice HallPTR, 2001, pp. 285 – 355Żelazna, A., & Gołçbiowska, J. (2019, June).Life Cycle Assessment Of Cooling and HeatingSystem Based on Peltier Module. In IOPConference Series: Earth and EnvironmentalScience (Vol. 290, No. 1, p. 012067). IOPPublishing.Cannistraro, M., & Trancossi, M. (2019).Enhancement of Indoor comfort in the presenceof Large glazed radiant surfaces by a local HeatPump system based on Peltier cells. ThermalScience and Engineering Progress, 100388.G. Patterson, M. Sobral, “Efecto Peltier”,Departamento de Física FCEyN, Universidad deBuenos Aires. Dic. 2007. [Online]. pdfKimura, H., Fukuda, K., Jinno, H., Park, S.,Saito, M., Osaka, I., . & Someya, T. (2019).High Operation Stability of UltraflexibleOrganic Solar Cells with Ultraviolet‐FilteringSubstrates. Advanced Materials, 31(19),1808033.Mardini-Bovea, J., Torres-Díaz, G., Sabau, M.,De-la-Hoz-Franco, E., Niño-Moreno, J., &Pacheco-Torres, P. J. (2019). A review torefrigeration with thermoelectric energy basedon the Peltier effect. Dyna, 86(208), 9-18.M. Kurtz, Temperature Control. Huntington,New York: Robert E. Krieger PublishingCompany, 1975, pp. 168 – 186.Sabawa, J. P., & Bandarenka, A. S. (2019).Degradation mechanisms in polymer electrolytemembrane fuel cells caused by freeze-cycles:Investigation using electrochemical impedancespectroscopy. Electrochimica Acta, 311, 21-29.ISSN 2523-6776ECORFAN Todos los derechos reservadosBENITEZ-VILLASANA, Salvador, HERNÁNDEZ-SÁNCHEZ,Ramón y GARCÍA-CASTAÑEDA Carlos Arturo. Caracterizaciónde Celdas Peltier para Acondicionamiento del Aire. Revista deIngeniería Tecnológica. 2019
Figura 1 Modulo completo de acondicionamiento de aire en túnel de ventilación. (Benítez, S. (2019). Prototipo [Imagen] Recuperado de Fuente propia.) La ubicación de los sensores de temperatura se hizo colocando el primero en la entrada de aire, para censar la temperatura del aire ambiente y el segundo a la salida del aire,
Driving a Peltier Element (TEC): Efficiency and Aging Figure 1. Peltier Module: Drive Schematic Example Figure 2. Peltier Module: Cold Side Efficiency This behavior can be used to generate heat, cold, or switch between the two options just by reversing the drive polarity. 2 Definition of Peltier Efficiency
The Evolution 300, the top of the line Thermo Scientific UV-Visible spectrophotometer, features a uniquely powerful Peltier accessory. The Smart Air-cooled Peltier offers a single cell position with precise Peltier thermostatting or ramping for cell temperatures between 15 and 95 C with ramp rates as low as 0.1 C per minute.
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